CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

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CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO 1 - INTRODUÇÃO Queda de rendimento Aumento da potência de eixo (bombas) Marcha irregular, trepidação e vibração das máquinas pelo desbalanceamento que acarreta Ruído provocado pelo fenômeno de implosão das bolhas Queda da potência de eixo (turbinas)

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CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO. 1 - INTRODUÇÃO. Queda de rendimento. Aumento da potência de eixo (bombas). Queda da potência de eixo (turbinas). Marcha irregular, trepidação e vibração das máquinas pelo desbalanceamento que acarreta. Ruído provocado pelo fenômeno de implosão das bolhas. Q a. - PowerPoint PPT Presentation

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CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

1 - INTRODUÇÃO

Queda de rendimento

Aumento da potência de eixo (bombas)

Marcha irregular, trepidação e vibração das máquinas pelo desbalanceamento que acarretaRuído provocado pelo fenômeno de implosão das bolhas

Queda da potência de eixo (turbinas)

Page 2: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

Qa

Qb

Qc

Atingiu a pressão de vapor

Formação das bolhas

Page 3: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

pint

.ext.int pp

.ext.int pp

Formação da bolha

Condensação

Efeito centrípeto

Efeito centrífugo

FORMAÇÃO DA BOLHA – EFEITO MECÂNICO

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Cavitação em perfil hidrodinâmico. (NAOE, Univ. of Tokyo, Japão)

Cavitação

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Cavitação

Modelo típico com escoamento Modelo típico de danificação

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Turbina Francis Danificada pela Cavitação

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Rotor Danificado

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2 – CAVITAÇÃO EM BOMBAS

2.1 – Definição da Altura Geométrica de Sucção

Tanque abertopatm

Ref.

Tanque fechado

patm + pman

1

Pel

0

Hs

Altura de Sucção Positiva – Bomba Não Afogada

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Ref. 0

Tanque abertopatm

Tanque fechado

patm + pman

1Pel

Hs

Altura de Sucção Negativa – Bomba Afogada

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2.2 – Expressão Geral da Altura Geométrica de Sucção

Lppsdinvebs HHHH)HH(H

Hs – Altura geométrica de sucção

afogadanãobomba)(positivoHs 0

afogadabomba)(negativoHs 0

Page 11: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

Hb[m] = pb/.g – Altura referente a pressão atmosférica local

A.,Hb 00122010 m

Altitude local [m]

He[m] = pe/.g – Altura referente a pressão no tanque de sucção (quando houver)

g.

pH e

e

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Hv[m] = pv/.g – Altura referente a pressão de vapor (depende da temperatura)

   Pressão de Vapor

 

Temperatura oC mm Hg Kgf/cm2 Densidade

15 12,7 0,0174 0,999

20 17,4 0,0238 0,998

25 23,6 0,0322 0,997

30 31,5 0,0429 0,996

35 41,8 0,0572 0,994

40 54,9 0,0750 0,992

45 71,4 0,0974 0,990

50 92,0 0.1255 0.988

55 117,5 0,1602 0,986

60 148,8 0,2028 0,983

65 186,9 0,2547 0,981

70 233,1 0,3175 0,978

75 288,5 0,3929 0,975

80 354,6 0,4828 0,972

85 433,0 0,5894 0,969

90 525,4 0,7149 0,965

95 633,7 0,8620 0,962

100 760,0 1,0333 0,958

105 906,0 1,2320 0,955

110 107,5 1,4609 0,951

115 1269,0 1,7260 0,947

120 1491,0 2,0270 0,943

Page 13: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

Hdin[m] = vs2/2.g – Altura referente a velocidade no

flange de entrada da bomba

Ds

vs1

Hps[m]– Altura referente as perdas de carga na linha de sucção (deverão ser mínimas possíveis)

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HLp[m]– Altura referente as perdas localizadas de pressão (implosão das bolhas no início de cavitação)

Thoma

z

H.HLp

]1[

elevaçãodetotalAltura]m[H bombadaestágiosdenúmero][z 1

Stepanoff

34

410872 )n.(., qA

Bombas centrífugas e mistas

34

410822 )n.(., qA

Bombas axiais

Coef. de Thoma

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2.3 – NPSH (Net Positive Suction Head)

Lppsdinvebs HHHH)HH(H Inst. Inst. Inst. Inst. Inst.Bomba Bomba

Lpdinpsvseb HHHHHHH )(

NPSH disponível na instalação

(preocupação do projetista)

NPSH requerido pela bomba

(dado pelo fabricante)

rd NPSHNPSH O sinal > não cavita e o sinal = início de cavitação

Page 16: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

Catálogos de Fabricantes

Hs

NPSHr

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2.5 – Representação Gráfica do NPSH

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(N.P.S.H) Requerido

Q (m3/h)

N.P.S.H (m)Requerido

Disponível

Q Qmáx

Folga

rd H.S.P.NH.S.P.N 5.45

m50,0H.S.P.NH.S.P.N rd

A

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(N.P.S.H) Requerido

D=145mm

D=174mm

Q (m3/h)

N.P

.S.H

r(m

) 987654321

5 10 15 20 25 30

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2.6 – Medidas Destinadas a Dificultar o Aparecimento da Cavitação

• Elevar o nível do líquido no tanque de sucção

• Abaixar a bomba

• Reduzir as perdas na linha de sucção

• Resfriar o líquido

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EXEMPLOS

Exemplo 6.4, pág 176, Fund. de Eng. Hidráulica

Exemplo 6.5, pág 179, Fund. de Eng. Hidráulica

Exemplo 5.6, pág 160, Hidráulica Básica (Porto)

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Curvas do Exemplo 6.5

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3.1 –DEFINIÇÃO DA ALTURA GEOMÉTRICA DE SUCÇÃO

Q

Q

Hs

NJ

Altura Geométrica de Sucção Positiva (turbina não afogada)

Q

NJ

Hs

Altura Geométrica de Sucção Negativa (turbina afogada)

3 - CAVITAÇÃO EM TURBINAS HIDRÁULICAS

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H.HH Bsmáx

3.2 - Expressão Geral da Altura Geométrica de Sucção

sucçãodemáximageométricaAltura]m[Hsmáx

aatmosféricpressãoa.refAlturag.

p]m[H atm

B

A.,]m[HB 00122010 Altitude local em metros

ahomTdecavitaçãodeeCoeficient][ 1

))n.((, qA241010250

Turbina Francis Turbina Axiais

75,1qA

5 )n.(10.266,1

líquidaquedadeAltura]m[H

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3.3 – MEDIDAS DESTINADAS A DIFICULTAR O APARECIMENTO DA CAVITAÇÃO

• Na construção da Máquina

Bom acabamento superficial das partes internas

Construção das partes internas com material resistente à cavitação

• Na instalação da Máquina

Elevar o nível de sucção

Furar a tubulação de sucção

Injetar água ou ar

Page 26: CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS DE FLUXO

Injeção de ar na saída do rotor – Central hidrelétrica Revelstoke

4 turbinas Francis - H = 126,8 [m]; Q = 419,4 [m3/s]; n = 112 [rpm]

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Rotores Cavitados

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